基于系梁的双肢薄壁高墩的抗震性分析

鲍捷

海南佳风工程设计有限公司湖北分公司 湖北武汉 430056

1 双肢薄壁高墩桥梁工程概况及模型构建

文中结合某连续刚性双肢薄壁高墩桥梁进行分析。此桥总长度为540米，该桥的跨径布置为75米+3×130米+75米。桥梁的上半部分的主梁是单箱单室预应力箱梁，箱梁的总宽度为12米。双肢薄壁高墩截面是一种实心的矩形形状，双肢截面的尺寸大小为1．2米＊5．6米，另外它的纵向桥轴距离为4．8米。整个基于系梁的双肢薄壁高墩桥的桥墩和主梁采用C50强度等级的混凝土。我们先构建一种全桥杆系模型，如下图所示，通过该模型可以推出桥墩墩顶的受力值，之后构建出一种精细化的双肢薄壁高墩的有限元模型。另外，对混凝土受压应力以及应变关系使用图1所示模型，受压应力和应变关系之间的关系式如下[1]。

图 C50混凝土受压应力-应变关系曲线

受压应力和应变关系公式：

该受压应力和应变关系之间的关系式中ft——表示为混凝土的轴心抗压强度标准值，x＝ε／εp，其中εp——表示为混凝土受压峰值应变。混凝土受拉应力随着应变的增加而下降。其中，对钢筋受拉应力和应变关系模型为二折线性模型，其材料采用理想的弹塑性材质。桥梁使用的混凝土使用线性缩减积分三维实体单元，该单元具有八个节点，是一个六面体，桥梁所使用的钢筋应用一种线性三维实体单元，该单元具有两节点。构建的基于系梁的双肢薄壁高墩桥梁模型中，桥墩顶部位置的静力分析通过加变幅度低周往复水平位移荷载来进行。

2 系梁构造参数影响分析

现阶段，对系梁的制定的标准还不够明确，因此绝大多数对系梁截面尺寸的设计基本都是依据相关经验来开展设计工作，并且对配筋的设计也是通过经验主义进行，然而当前对基于系梁的双肢薄壁高墩的抗震性研究还不够深入，热衷于对此研究的人员不多。将系梁的配箍率加以改变，同时将系梁纵筋配筋率进行改变，对系梁和桥墩刚度比加以改变，然后通过对比探究出它们对基于系梁的双肢薄壁高墩的抗震性能的影响。其中，系梁和桥墩刚度比公式如下，不对基于系梁的双肢薄壁高墩混凝土的配箍率和纵筋配筋率的影响计算其中，该公式中Eb表示系梁混凝土弹性模量，Ep表示桥墩混凝土弹性模量，Ib表示系梁惯性矩，Ip表示单肢桥墩惯性[2]。

通过对系梁相关的构造参数加以改变，从而画出基于系梁的双肢薄壁高墩顶部力和位移之间的关系曲线图，通过对高墩墩顶与位移之间关系曲线图的分析可知，如果在只设置一道系梁的情况下，将系梁纵筋配筋率和配箍率加以改变，就不会对双肢薄壁高墩有明显的影响，尤其是不会对双肢薄壁高墩滞回特性产生明显的影响。鉴于此点，我们可以看出如果将系梁的配箍率和纵筋配筋率在一定程度上提高，难以达到良好的抗震效果，效率极低。通过实际工作中分析结论得知：如果在仅仅设置一道系梁的情况下，将系梁和桥墩的刚度比进行一定的改变，若基于系梁的双肢薄壁高墩正处在一种弹性时期，系梁和桥墩刚度比的改变不会对整个基于系梁的双肢薄壁高墩抗震能力有较大的影响。此外，如果基于系梁的双肢薄壁高墩发展到一个塑性的时期，当系梁和桥墩的刚度比值是0．3时，桥墩顶部位置的位移处于一个极小值点，这对于双肢薄壁高墩桥梁的桥墩顶部结构能够起到很好的保护作用。

系梁数量对双肢薄壁桥墩的滞回特性有极大的影响，另外，在双肢薄壁高墩有无设立系梁也会对桥墩滞回性有着深远的影响。对双肢薄壁桥墩设置的系梁数量越多，桥墩墩顶位置的位移越小，桥墩间距设置越小，滞回曲线就会越朝着更加饱满的方向发展，这对于双肢薄壁桥墩的抗震性能也就更加有利。除此之外，如果不断增加系梁的设置数量，那么双肢薄壁桥墩的抗震性能增加比率也就会不断降低[3]。

3 结语

第一点，基于系梁的双肢薄壁高墩系梁数量设置是否合理以及系梁的设置是否科学，对于双肢薄壁桥墩的滞回性而言，就会产生更大、更明显的影响。如果双肢薄壁桥墩对系梁的设置数量越多，那么该桥墩顶部的水平位移也就更小，如此，桥墩滞回曲线也就越发朝着饱满的趋势发展，这在很大程度上能够提升双肢薄壁桥墩的抗震性能。然而，如果对桥墩系梁设置的数量不断增加，那么就会使得桥墩抗震性能增加比率不断降低。

第二点，通过以上分析可知，系梁构造参数的改变不会对双肢薄壁桥墩抗震性有太大的影响，系梁和桥墩的刚度比对桥墩抗震性能影响最大，然后是系梁配筋率的影响作用较大，系梁配箍率对桥墩抗震性能影响最小。对于桥墩抗震设计应当尽量保证刚度比值在0．3到0．42范围内，只需要对系梁选择和构造配箍率和配筋率便可。

第三点，基于上述两点结论，如果在施工稳定的环境下应当首先通过将系梁数量增加来提升桥墩抗震性能。